دیسک های دوار به طور گسترده در صنایع هوافضا مانند توربین های گاز، موتور جت، چرخ لنگر، اتومبیل ها، پمپ ها، کمپرسورها وغیره بکار می روند. این دیسک ها به طورمعمول تحت بارهای مکانیکی-حرارتی (ترمومکانیکی) و در سرعت های زاویه ای بالا بکار می روند. مطالعات اخیر نشان داده است که در سرعت زاویه ای مشابه، تنش ها در دیسک های دوار با ضخامت متغیر، بسیار کمتر از دیسک هایی با ضخامت یکنواخت هستند [30، 31]. از طرفی با توجه به اهمیتی که امروزه مواد مدرج تابعی (fgm-functionally graded material) در صنایع هوافضا که به موادی با مقاومت حرارتی بالا و مقاوم از لحاظ مکانیکی نیاز است، پیدا کرده اند، بررسی دیسک های دوار fgm تحت شرایط حرارتی بالا می تواند بسیار مطلوب باشد. از آنجا که سازه های مدرج تابعی بیشترین استفاده را در محیط های دما بالا دارند که در آن تغییرات قابل توجهی در خواص مکانیکی مواد تشکیل دهنده مورد انتظار است، در نظرگرفتن این وابستگی به دما، برای پیش بینی دقیق پاسخ مکانیکی ضروری است. بنابراین می توان خواص مادی را به صورت تابعی غیرخطی از دما بیان نمود. از روش هایی که برای تحلیل تنش در حوزه الاستیک تطابق خوبی با روش های موجود از خود نشان داده است، تئوری خواص مادی متغیر (vmp- variable material properties) است. در این روش، پس از تقسیم دیسک به چندین حلقه، از شکل پاسخ الاستیک برای حل مسائل الاستیک-پلاستیک استفاده می شود. در این پایان نامه، هدف، استفاده از تئوری خواص مادی متغیر برای تحلیل رفتار تنشی دیسک های دوار مدرج تابعی، با ضخامت متغیر و سرعت زاویه ای ثابت، تحت بار ترمومکانیکی، با درنظرگرفتن خواص مادی وابسته به دما است. در ادامه، این تحلیل با روش رانگ-کوتا و تحلیل اجزای محدود (با استفاده از نرم افزار انسیس) مقایسه شده است. نتایج ارائه شده نشان می دهد که روش های مذکور، بخصوص تئوری خواص مادی متغیر و روش اجزای محدود، در حوزه الاستیک و الاستیک-پلاستیک، تطابق نسبتا خوبی با هم دارند؛ ضمن اینکه تئوری خواص مادی متغیر، تا حد قابل توجهی، نسبت به روش رانگ-کوتا، به زمان کمتری جهت ارائه پاسخ نیاز دارد. همچنین مقایسه پاسخ های بدست آمده، با درنظرگرفتن وابستگی دمایی خواص و بدون درنظرگرفتن آن، نشان دهنده خطای بسیار زیاد حاصل از درنظر نگرفتن آن است. در ادامه، تاثیر پارامترهای مختلف از جمله شکل هندسی دیسک، شاخص درجه بندی، توزیع دمایی و ... بر رفتار تنشی دیسک بررسی شده است. نتایج نشان می دهد که این پارامترها تاثیر قابل توجهی بر تنش ها و تغییرشکل دیسک دارند.

در این پژوهش، با فرض اینکه خواص ماده با استفاده از یک توزیع نمایی در دو جهت شعاع و ضخامت تغییر کنند، خمش متقارن ورق های گرد، حلقوی و ضخامت متغیر fgm دو جهته مورد بررسی قرار گرفته است. معادلات تعادل حاکم بر ورق با استفاده از 3 تئوری ورق کلاسیک (cpt)، مرتبه اول برشی (fst) و مرتبه سوم برشی غیر مقید (utst) با استفاده از روش نمودار جسم آزاد در تئوری کلاسیک و روش کار مجازی در تئوری های مرتبه اول و سوم برشی به دست آورده شده و سپس با یک روش نیمه تحلیلی حل شدند. در این روش ابتدا با صرف نظر از تغییر خواص در جهت شعاعی معادلات تعادل به دست آمده برای تغییرات در جهت ضخامت به شکل تحلیلی حل شده و سپس با تقسیم ورق به تعدادی حلقه های تودرتو و اعمال شرایط سازگاری بین آنها، تغییر خواص در جهت شعاعی مدل گردید. بدین ترتیب که هر حلقه به عنوان یک fgm یک جهته در راستای ضخامت در نظر گرفته می شود که خواص مکانیکی کل حلقه برابر خواص لایه ی میانی آن حلقه است. بنابراین مدول الاستیسیته برای هر حلقه در جهت شعاعی ثابت ولی از حلقه ای به حلقه ی دیگر تغییر می کند. همچنین با توجه به اینکه ضریب پواسون در یک بازه ی کوچک تغییر می کند، برای کل ورق ثابت در نظر گرفته می شود. برای حل تحلیلی در جهت ضخامت، معادلات تعادل در تئوری های ورق کلاسیک و مرتبه اول برشی به یک معادله ی دیفرانسیل حاکم مشخص رسیده، مستقیماً حل شدند و خیز ورق به شکل یک تابع صریح از نیروی وارده و تعدادی ضریب ثابت به دست آمد. اما در تئوری مرتبه سوم برشی غیر مقید، به دلیل عدم امکان دیکوپله کردن معادلات تعادل خیز ورق fgm دوجهته به عنوان تابعی از خیز ورق همگن که به وسیله ی تئوری ورق کلاسیک به دست آمده است معرفی گردید. با این روش، خیز و تنش های شعاعی و محیطی برای ورق های گرد، حلقوی و ضخامت متغیر با شرایط مرزی مختلف محاسبه شده و در نهایت پاسخ های به دست آمده با یک حل المان محدود به کمک نرم افزار ansys مقایسه می شوند. این مقایسه نشان می دهد که روش های ارائه شده در این پژوهش تطابق بسیار خوبی با نتایج به دست آمده از حل ansys دارند. همچنین با مقایسه ی جواب های به دست آمده از تئوری های مختلف این نتیجه به دست می آید که برای این نوع از ورق ها پاسخ های به دست آمده از تئوری مرتبه اول برشی از دقت قابل قبولی برخوردار بوده و بنابراین نیازی به استفاده از تئوری های مرتبه بالاتر و پیچیده تر نمی باشد. علاوه بر این مشخص شد که ورق های مورد اشاره عملکرد بهتری از ورق های fgm یک جهته و یا همگن ایزوتروپیک مشابه داشته و بنابراین بالقوه می توانند جایگزین مناسبی برای آنان باشند.

در دهه های اخیر، پیشرفت گسترده صنایع مختلف بویژه صنعت هوافضا وگسترش روزافزون نیاز به موادی با مقاومت حرارتی و استحکام مکانیکی بالا در این صنایع، سبب گردیده است که روز به روز بر اهمیت و کاربرد functionally graded materials یا بطور مخفف مواد fgm افزوده شود و بررسی رفتار این مواد به عنوان موادی پیشرفته با ساختار جدید، یکی از موضوعات مورد توجه بسیاری از محققین باشد. با توجه به کاربردهای مهندسی وسیع ورق، و اینکه عمده کاربرد مواد fgm در محیط هایی با دماهایی بسیار بالا است، بررسی رفتار دینامیکی ورق های fgm تحت شرایط حرارتی بالا می تواند بسیار مطلوب باشد. هدف از پژوهش حاضر، تحلیل ارتعاشات آزاد یک ورقfgm دوجهته مستطیلی شکل تحت تغییرات دمای یکنواخت و خطی با استفاده از روش ریلی- ریتز و با در نظر گرفتن وابستگی خواص فیزیکی به دما است. در بسط مولفه های میدان تغییر مکان از سری چندجمله ای چبیشف استفاده شده است. تغییرات دما فقط در راستای ضخامت ورق در نظر گرفته شده است. نتایج بدست آمده از این روش، با نتایج حاصل از تحلیل اجزای محدود (با استفاده از نرم افزار انسیس) مقایسه شده است. در ادامه، تاثیر عوامل مختلفی نظیر اندیس کسر حجمی، شرایط تکیه گاهی، و میدان دما بر رفتار ورق مورد بحث قرار گرفته است. نتایج ارائه شده نشان می دهد که این پارامترها تاثیر قابل توجهی بر رفتار ارتعاشی و فرکانس های طبیعی ورق دارند. این تاثیر در فرکانس طبیعی اول نسبت به فرکانس های طبیعی بعدی بسیار بیشتر می باشد.

در این پایان نامه، آنالیز دینامیکی پوسته ی استوانه ای پوشیده شده با لایه های پیزوالکتریک در حالت الاستیسیته ی سه بعدی و تحت تاثیر بارهای مکانیکی، گرمایی و الکتریکی انجام شده است. پوسته ی مرکزی همسانگرد بوده و خواص مواد آن، به غیر از ضریب پوآسون که ثابت است، در جهت شعاعی مدرج تابعی فرض می شوند. هم چنین لایه های پیزوالکتریک دارای خواص ارتوتروپیک و ثابت هستند. به منظور محاسبه ی نتایج عددی میدان های تنش، جابجایی، الکتریکی و گرمایی، معادلات جزیی حاکم در دامنه های فضایی و زمانی با استفاده از دو روش کوادریچر تفاضلی، یعنی روش های کوادریچر تفاضلی چندجمله ای و فوریه و روش تفاضل محدود گسسته سازی می شوند. جواب های به دست آمده به کمک روش ارایه شده در حالت های استاتیکی و دینامیکی با حل دقیق و حل روش اجزای محدود مقایسه شده اند که سازگاری مناسبی را نشان داده اند. در این پایان نامه تاثیرات شاخص مدرج تابعی، گرادیان دمایی، شرایط مرزی، ضخامت لایه های پیزوالکتریک و تحریک الکتریکی بر میدان های تنش، جابجایی، الکتریکی و گرمایی ارایه می شود. با استفاده از ماده ی مدرج تابعی می توان پاسخ های سیستم کوپل پیزوالکتریک را بهینه نمود. به دلیل استفاده از ماده با خواص مدرج تابعی، منحنی دمایی در راستای ضخامت توزیع غیرخطی دارد. میدان های تنش، جابجایی و الکتریکی وابستگی شدیدی به بار حرارتی داشته و مقادیر آن ها از نظر اندازه با افزایش گرادیان حرارتی افزایش می یابند. هم چنین به ازای بارهای حرارتی مختلف، پوسته در نقطه ی مشخصی در راستای شعاعی مقادیر یکسانی را برای تنش های محیطی و محوری متحمل می شود. نوع تکیه گاه پوسته در دو انتها تاثیر بسزایی روی توزیع خروجی ها دارد و می توان بسته به کاربرد پوسته با انتخاب تکیه گاه مناسب مقادیر جابجایی یا تنش را کمینه نمود یا پتانسیل الکتریکی مورد نظر را تولید نمود. لایه های پیزوالکتریک نقش مهمی در سیستم های کوپل مکانیکی-الکتریکی داشته و با تغییر ضخامت یا تحریک الکتریکی اعمالی بر آن ها می توان پاسخ ها را کنترل نمود.

تماس یکی از اصلی ترین روش های انتقال نیرو بین اجسام است. مسائل تنش های تماسی در محدوده وسیعی از کاربردهای مهندسی مانند دندانه های درگیر چرخدنده ها، تماس بین چرخ یک واگن و ریل، بادامک ها و یاتاقان های غلتشی قابل طرح و تحلیل است و اهمیت آنها در مهندسی نوین و طراحی های صنعتی امروزی رو به افزایش است. بدیهی است که کیفیت سطوح تماسی اجسام در حال تماس، نقش بسزایی در انتقال نیروهای تماسی دارند و وجود زبری در سطوح آنها عاملی بسیار مهم در ایجاد تنش های تماسی می باشد. در این تحقیق تماس بین دندانه های درگیر در چرخدنده های ساده، با استفاده از روش های تحلیلی مورد بحث و بررسی قرار گرفته است. همچنین سطوح تماسی بصورت زبر و در حضور عامل اصطکاک در نظر گرفته شده است. زبری های سطوح با استفاده از توابع سهموی و با قیدهای مختلف، تقریب زنی شده و به کمک مدل های مکانیک تماسی کشسان – مومسان بصورت تک و چند زبری مورد تحلیل قرار گرفته است. با بکارگیری مدل اصطکاکی زبری پایه، نیروهای مماسی وارد بر هر تک زبری نیز بررسی گردیده و بدین ترتیب ضریب اصطکاک مربوط به سطوح تماسی زبر در بارهای مختلف محاسبه گردیده است. به منظور بررسی اعتبار تحلیل از تئوری مشهور هرتز و مدل کشسان تماس بین دو استوانه استفاده شده و تاثیر دو عامل کلیدی زبری سطح و اصطکاک در نواحی کشسان- مومسان بر روی تنش های تماسی و برشی مورد مطالعه قرار گرفته است. با تمرکز بر نتایج تحلیل مشاهده می شود که زبری های سطوح موجب افزایش قابل ملاحظه ای در تنش های تماسی موضعی، در مقایسه با شرایط تئوری هرتز بدون لحاظ نمودن زبری می گردد و در این حالت مقادیر تنش های تماسی با ورود به ناحیه کشسان – مومسان، بدلیل آغاز جریان مومسانی و وجود کرنش های مومسان کاهش محسوسی می یابد. همچنین در نظر گرفتن نیروهای مماسی باعث می شود مقادیر حداکثر تنش های برشی، که در فاصله اندکی در زیر سطوح تماسی رخ می دهد و از مهمترین عوامل خرابی سطوح دندانه های چرخدنده های ساده بشمار می رود، نسبت به مدل تماسی هرتز افزایش چشمگیری یابد.

با توجه به اهمیت و کاربرد گسترده ی سازه های کامپوزیتی در صنایع مختلف، بررسی رفتار مقاومتی این سازه ها مورد توجه پژوهشگران قرار گرفته است. بررسی رفتار این سازه ها بدون در نظر گرفتن عیب و نقصی که ممکن است در این سازه ها به دلایل مختلف بوجود آید، طبعاً از درجه اعتبار بالایی برخوردار نخواهد بود. از انواع نواقص مختلفی که ممکن است در سازه های مشبک کامپوزیتی استوانه ای بوجود آید می توان از بریدگی، گشودگی پوسته، بریدگی ریب ( نوار تقویت کننده) و یا انواع مختلف عیوب ساختاری نام برد. با توجه به اهمیت اساسی پدیده ی کمانش در تحلیل پایداری این سازه ها، مقایسه ی رفتار کمانشی سازه ی کامپوزیتی کامل با رفتار مدل دارای نقص اهمیت روزافزونی می یابد. هدف این تحقیق، بررسی اثرات بریدگی ایجاد شده در ریب بر توزیع میدان تنش و رفتار کمانشی سازه های مشبک کامپوزیتی استوانه ای است. تحلیل اجزای محدود به صورت 3 بعدی با استفاده از مدل صریح در نرم افزار ansys انجام پذیرفته است. پارامترهای ورودی در این نرم افزار که شامل مشخصات ماده، پیکربندی هندسی و مشخصات ارتوتروپیک پوسته و ریب می باشد ، با استفاده از داده های مدل ساخته شده در نرم افزار اعمال شده است. پوسته های مشبک کامپوزیتی استوانه ای که توسط روش رشته پیچی ساخته شده اند، تحت نیروهای فشاری و برشی آزمایش شده اند و نتایج به دست آمده با نتایج اجزای محدود مقایسه شده است. به منظور تحلیل شرایط مختلف، تاثیر پارامترهایی از قبیل زاویه ریب، ضخامت و استحکام پوسته در توزیع میدان تنش و نیز بار کمانشی پوسته مورد بررسی قرار گرفته است.

در این کار ما به بررسی استاتیکی مسئله مگنتوترموالاستیک پوسته مخروطی ناقص ساخته شده از مواد مدرج تابعی می-پردازیم. ثوابت و روابط حاکم در میدان الکترومغناطیسی بازگو شده و معادلات ماکسول مورد مطالعه قرار می گیرد و با استفاده از روابط حاکم در میدان مغناطیسی، نیروهای وارده از جانب میدان مغناطیسی بر روی حجم محاسبه خواهند شد. روابط اولیه و بنیادی با استفاده از تئوری لاگرانژ-گرین درمختصات کلی خمیده استخراج شده و با روابط موجود تنش و کرنش ماده همسانگرد، تنش ها برحسب مولفه های جابه جایی و دمایی بدست آمده و با در دست داشتن معادلات تعادل در مختصات مخروطی و روابط پایه استخراج شده، معادلات ناویر بدست خواهند آمد. با معرفی کوادریچر تفاضلی، معادلات میدانی، مرزی و حرارتی به یک سری از معادلات به فرم سری تبدیل خواهند شد که باید حل شوند. با تعیین تابع ماده مدرج تابعی برای خواص مکانیکی، حرارتی و مغناطیسی ماده مورد نظر که از تابع توانی تبعیت می کنند، معادلات توسط روش کوادریچر حل شده و نتایج عددی برای توزیع های جابه جایی، تنش ها، میدان مغناطیسی القایی و دما برحسب مقادیر مختلف شاخص توانی ماده مدرج و دماهای مختلف پوسته داخلی مخزن به فرم نموداری ارائه خواهند شد.

در این پایان نامه تحلیل کمانش پوسته های استوانه ای جدار ضخیم بر اساس تئوری تغییر شکل برشی مرتبه سوم انجام شده است. معادلات حاکم بر کمانش پوسته جدار ضخیم، با استفاده از تانسور تنش مرتبه دوم پیولا-کیرشهف و حل الاستیسیته سه بعدی استاندارد به دست می آیند. معادلات حاکم با استفاده از دو روش عددی و تحلیلی حل شده اند. به منظور در نظر گرفتن شرایط واقعی و قابل استفاده کردن تحقیقات انجام شده برای گستره وسیعی از سازه های مهندسی، تاثیر عوامل مختلفی از جمله وجود عیوب هندسی، دامنه تغییرات ضخامت، شرایط مرزی، زاویه پانل، شرایط بارگذاری و پارامترهای هندسی روی رفتار کمانشی پوسته های جدار ضخیم مورد بررسی قرار می گیرند. جواب های به دست آمده از روش های ارائه شده، با نتایج المان محدود به دست آمده از نرم افزار انسیس و نتایج گزارش شده توسط دیگر محققان مقایسه شده اند که سازگاری مناسبی را نشان داده اند. می توان اظهار داشت تئوری تغییر شکل برشی مرتبه سوم در پیش بینی بار کمانشی پوسته های جدار ضخیم دقیقتر از دیگر تئوری های ارائه شده برای پوسته ها می باشد. در این تحقیق برای حالت های خاصی از پوسته ها خواص ماده به غیر از ضریب پوآسون، در راستای شعاعی مدرج تابعی فرض می-شود. با بررسی تغییرات شاخص مدرج تابعی مشخص گردید، افزایش کسر حجمی سرامیک در ساختار پوسته منجر به افزایش بار کمانشی می گردد. وجود عیوب می توانند به میزان قابل توجهی ظرفیت تحمل بار نهایی در سازه های پوسته ای را کاهش دهند که این کاهش بار در حالت بارگذاری فشار جانبی خالص بیشتر بوده و در برابر نسبت های طول به شعاع میانی و شعاع خارجی به داخلی، رابطه خطی با ضریب عیب دارد. همچنین شرایط تکیه گاهی پانل تاثیر قابل توجهی در بارکمانشی آن دارند و تاثیر عیوب برای شرایط مرزی مختلف متفاوت است که با در نظر گرفتن شرایط تکیه گاهی متناسب با کاربرد پوسته، می توان شرایط بهینه ای در طراحی سازه ایجاد نمود.

در این پایان نامه، آنالیز مگنتوترموالاستیک پوسته مدرج تابعی تورویدی شکل تحت تاثیر میدان مغناطیسی ثابت و بارگذاریهای مکانیکی و دمایی انجام پذیرفته است. فرض شده است که خصوصیات مواد به متغیر مکانی شعاع وابسته بوده و برحسب تابع توانی از شعاع بیان شده است، درحالیکه ضریب پواسون ثابت اختیار شده است. روابط اولیه و بنیادی با استفاده از تئوری لاگرانژ-گرین در مختصات کلی خمیده استخراج شده و با روابط ساختاری موجود تنش و کرنش ماده همسانگرد، تنش ها برحسب مولفه های جابه جایی و دمایی بدست آمده و با در دست داشتن معادلات تعادل در مختصات تورویدال و روابط پایه استخراج شده، معادلات ناویر بدست خواهند آمد. میدان جابه جایی و تنش با بکارگرفتن تقریب چند جمله ای و فوریه روش تفاضل تربیعی گسسته سازی شده و به فرم سری در آمده است. نتایج از این روش با نتایج مدل المان محدود مقایسه شده و تطابق خوبی را نشان می دهد. تاثیرات ناهمگنی مواد، تغیرات دما و ضخامت پوسته تورویدال بر روی توزیع میدانهای تنش و جابه جایی بررسی شده است.

در این رساله، قطاع و دیسک دوارِ ضخامت متغیر و مدرج در جهت (های) شعاعی-ضخامت با اعمال فشار جانبی مطالعه شده است. بارگذاری حرارتی، در دو حالت با در نظر گرفتن و بدون در نظر گرفتنِ دما های مابین شعاع های داخلی و خارجی اعمال شده است. برای تعیین دمای نقاط مابین شعاع های داخلی و خارجی از قوانین انتقال حرارت هدایتی استفاده شده است. برای تحلیل کشسان-مومسان، از دو رابطه مختلف؛ یعنی حالت ایده آل کشسان-سخت شونده خطی و کشسان-سخت شونده غیر خطی، استفاده شده است. بطور کلی برای تحلیل از روش های تحلیلی هموتوپی، تجزیه آدمیان، تکرار تغییراتی، گسسته سازی، حل لِوی، خواص ماده متغیر و اجزاء محدود، استفاده شده است. روش خواص ماده متغیر نسبت به دیگر روش ها، برتری دارد که دلایل آن، نیاز به امکانات سخت افزاری کم، زمان پردازش نسبتاً پایین و قدرت بالای تحلیل منطقه مومسان با استفاده از فقط روابط حاکم بر منطقه کشسان، می باشد. این در حالیست که روش های تحلیل هموتوپی، تجزیه آدمیان و تکرار تغییراتی، نیاز به زمان پردازش بالا و امکانات سخت افزاری قوی دارند. همچنین تاثیر تغییرات برخی پارامترهای موثر بر مولفه های جابجایی، تنش و کرنش، با جزئیات ارائه و بحث شده است. تحلیل مودال داخل-صفحه ای دیسک با استفاده از روش ریلی-ریتز و اجزاء محدود انجام شده است. همچنین، با استفاده از الگوریتم ژنتیک اصلاح شده، انبوه ذرات اصلاح شده و اجزاء محدود، بهینه سازی دیسک دوار به منظور کمینه سازی وزن دیسک، انجام شده است. بخشی از نتایج تحلیل تنش-کرنش، مودال و بهینه سازی، در زیر ارائه شده است: اگر دمای دیسک افزایش یابد، جابجایی های شعاعی و عرضی در دیسک با خواص وابسته به دما از دیسک با خواص مستقل از دما، بیشتر است . بکارگیری دیسک دوار مدرج شعاعی-ضخامت، سبب می شود که خیز ناشی از فشار جانبی و خیز ناشی از اختلاف مقادیر ضریب انبساط حرارتی (در راستای ضخامت)، تا حدودی یکدیگر را خنثی کنند. افزایش مقدار شاخص درجه بندی در جهات شعاعی و ضخامت از صفر تا بی نهایت، موجب کاهش مولفه های جابجایی و افزایش دوران صفحه میانی خواهد شد. افزایش مقدار توان و ضریب ثابت در پروفیل ضخامت، سبب کاهش مولفه های تنش می شود. اگر مدول یانگ سطح خارجی دیسک از سطح داخلی آن کمتر باشد، با افزایش مقدار شاخص درجه بندی شعاعی (خواص نقاط مادی دیسک از خواص شعاع خارجی به خواص شعاع داخلی میل کند)، نقاط مادی بیشتری وارد منطقه مومسان می شود. کاهش مدول یانگ کشسان/موثر و افزایش نسبت پواسان کشسان/موثر، موجب افزایش جابجایی در به ترتیب مناطق کشسان/مومسان می شود. اگر دیسک دوار مدرج در جهت ضخامت باشد، موقعیت صفحه ی با حداکثر تنش برش عرضی در راستای ضخامت، صفحه ی میانی نمی باشد. در تحلیل مودالِ ریلی-ریتز، بکارگیری چند جمله ای های متعامد مشخصه مرزی دو بعدی نسبت به یک بعدی، سبب می شود که بتوان فرکانس های طبیعی و شکل مودهای بیشتری از دیسک را بدست آورد. روش های الگوریتم ژنتیک و انبوه ذرات، بطور قابل قبول، قادر به بهینه سازی دیسک دوار به منظور کاهش وزن آن هستند.

چکیده استفاده از مواد هوشمند در سازه ها کاربرد های مختلفی پیدا کرده است. عملگری و حسگری عملکرد هایی از این گونه اند که به عنوان ابزار هایی برای کنترل ارتعاشات سازه استفاده می شود. اخیرا کاربرد دیگری نیز مورد توجه قرار گرفته و آن هم بحث برداشت انرژی از ارتعاشات سازه می اشد. سازه در رفتار ارتعاشی خود دارای انرژی می شود و می توان به وسیله مبدل های الکترومکانیکی از حرکت مکانیکی سازه بعنوان یک منبع انرژی بهره برد و به وسیله مبدل ها آن را به انرژی الکتریکی تبدیل کرده و محصول این تبدیل را در سیستمی دیگر به مصرف رسانده یا ذخیره کرد. در این پژوهش سعی داریم خصوصیات کامپوزیت های پلیمر یونی-فلزی را معرفی می کنیم و معادلات عملگری و حسگری را برای براساس سبک فرمول نویسی متعارف استخراج خواهیم کرد. سپس معادلات حاکم بر برداشت انرژی از ارتعاشات تیر اویلر برنولی به وسیله نوار های کامپوزیت بدست می آوریم. در مرحله بعد بر اساس تئوری کلاسیک غیر خطی معادلات بال را که انرژی توسط یک ورق خطی از جنس کامپوزیت ، از آن برداشت می شود، بدست می آوریم. در آخرین مرحله بال را تحت بارگذاری نیروهای آیرودینامیک مادون صوت قرار می دهیم و اثرات برداشت انرژی را بر محدوده پایداری و دامنه سیکل حدی مطالعه می کنیم. همچنین ولتاژ و توان تولیدی را زمانی که نوسانات در سیکل حدی واقع می شود ، بدست می آوریم.

بررسی مطالعات صورت گرفته در زمینه تئوری کوپل تنش نشان می دهد که سه تئوری کوپل تنش مختلف به نام های تئوری کوپل تنش کلاسیک، تئوری کوپل تنش حاج اسفندیاری و تئوری کوپل تنش بهبودیافته ارائه شده که در این پایان نامه از تئوری کوپل تنش حاج اسفندیاری استفاده شده است. این تئوری کوپل تنش در معادلات خود دارای یک پارامتر مقیاس طولی می باشد. دارا بودن پارامتر مقیاس طولی این تئوری را قادر می سازد که اثر اندازه را در بررسی رفتار های مکانیکی ماده در نظر بگیرد. در این پایان نامه تحلیل غیر خطی خمش ورق های مستطیلی مدرج تابعی با استفاده از تئوری مرتبه اول برشی و بر پایه تئوری کوپل تنش انجام شده است. برای استخراج معادلات حاکم و شرایط مرزی از روش وردشی و اصل همیلتون استفاده شده است. معادلات حاکم توسط روش های تحلیلی ناویر و گالرکین و روش های عددی کوادریچر تفاضلی و اجزا محدود حل شده اند. برای بررسی بهتر موضوع تأثیر عوامل مختلفی مانند تغییرات پارامتر مقیاس طولی، تغییرات شاخص مدرج تابعی و تغییرات ضخامت بر خمش ورق در نظر گرفته شده است. نتایج بدست آمده از حل معادلات حاکم با نتایج گزارش شده توسط دیگر محققان و همچنین نتایج بدست آمده از نرم افزار انسیس مقایسه شده اند. این نتایج نشان می دهند که مقادیر پیش بینی شده توسط تئوری کوپل تنش حاضر با نتایج متناظر در تئوری کوپل تنش بهبود یافته کاملا مطابق است اما با تئوری کلاسیک ورق متفاوت می باشد و این تفاوت زمانی زیاد می شود که ضخامت ورق نزدیک به پارامتر مقیاس طولی ماده باشد.

خواص مکانیکی و الکتریکی منحصر به فرد نانولوله¬های¬کربن از یک طرف و طبیعت کربنی آن¬ها از طرف دیگر باعث شده که در دهه گذشته تحقیقات نظری و عملی مختلفی بر روی روش¬های مختلف سنتز و کاربردهای مختلف این مواد صورت گیرد. رفتار هدایتی بسیار مناسب نانولوله¬های¬کربن آن¬ها را تبدیل به کاندیداهایی بالقوه برای استفاده در ساخت سنسور کرده است. سنسورهای تجاری اندازه¬گیری کرنش معمولا دارای قیمت بالا و حساسیت کم به کرنش¬های کوچک هستند. تحقیقات گذشته نشان داده است نانوکامپوزیت¬های پایه پلیمری تقویت شده با نانولوله¬های کربن علاوه بر داشتن هزینه ساخت کم¬تر، حساسیت بالاتری نیز به کرنش نشان می¬دهد. در تحقیق حاضر، نانوکامپوزیت اپوکسی/ cnt با درصدهای وزنی مختلف (05/0 تا 5/1 درصد) با 2 فرایند مختلف ساخته شد. تفاوت اساسی این 2 حالت، زمان اضافه کردن هاردنر بود. فیلم¬های نازک ساخته شده به عنوان سنسور اندازه¬گیری کرنش مورد استفاده قرار گرفت. به منظور بررسی حساسیت به کرنش نمونه¬ها، از یک تیر یک سر گیردار آلومینیومی استفاده شد. نمونه¬ها در فاصله معین بر روی سطح تیر چسبانده شدند. با اعمال نیرو به سر آزاد تیر، میزان کرنش وارد شده به تیر در خارجی¬ترین لایه از تار خنثی به عنوان کرنش احساس شده توسط سنسور در نظر گرفته و تغییرات مقاومت الکتریکی نمونه در تمام حالات ثبت شد. به طور کلی، مکانیزم عملکرد کرنش¬سنج¬های پلیمری تقویت¬شده با cnt را می¬توان به دلایل زیر نسبت داد: تغییرات آشکار شبکه¬ی رسانایی شکل گرفته توسط cntها با از بین رفتن تماس میان آن¬ها، تغییرات مقاومت تونلی در cnt¬های مجاور هم به دلیل تغییر فاصله و تغییرات پیزومقاومتی خود cnt¬ها به دلیل تغییر شکل به وجود آمده در اثر اعمال تنش. اثرات درصد وزنیcnt وزمان اضافه کردن هاردنر در رفتار سنسوری نانوکامپوزیت مورد بررسی قرار گرفت. نتایج این تحقیق نشان داد اختلاط اولیه رزین اپوکسی و هاردنر منجر به حساسیت بیش¬تر سنسور می¬شود. همچنین درصدهای وزنی نسبتا پایین-تر نانوکامپوزیت منجر به حساسیت بهتر می¬شود، به گونه¬ای که بالاترین حساسیت سنسور برای هر 2 فرایند ساخت به ازای 2/0 درصد وزنی cnt به دست آمد.

یکی از اصلی¬ترین روش ها برای درمان بیماری انسداد شریان¬های کرونری قلب، استفاده از وسیله¬ای به نام استنت می¬باشد. به علت سادگی و کارآیی این روش درمانی، در سال¬های اخیر استفاده از استت های کرونری در اعمال جراحی داخلی افزایش چشمگیری یافته و مدل های متنوعی از آن به بازار عرضه شده است که استنت های خود منبسط شونده از جنس آلیاژهای حافظه دار بخشی از آنها است. برای انتخاب بهترین مدل استنت از میان مدل های موجود، باید عملکرد آنها به دقت تحلیل شده و رفتار مکانیکی مدل های مختلف آن مورد مقایسه قرار گیرد. در تحقیق حاضر، عملکرد یک استنت خود منبسط شونده از جنس آلیاژهای حافظه دار در هنگام جاگذاری در داخل یک رگ مسدود شده به روش اجزای محدود مورد بررسی قرار گرفته است. بدین منظور، از مدلی شامل سه بخش مشتمل بر استنت، رگ و پلاک مسدود¬کننده استفاده شده و در آن استنت خود منبسط شونده با استفاده از مدل بوید-لاگوداس مربوط به آلیاژهای حافظه دار مدل شده است. همچنین در این مدل سازی، رگ و پلاک مسدود¬کننده نیز با استفاده از مدل غیر¬خطی هایپرالاستیک مدل شده¬اند. ضمناً فشارخون نیز در مدل سازی در نظر گرفته شده است. در این تحقیق ضمن معرفی معادلات ساختاری حاکم بر رفتارهای آلیاژهای حافظه دار، به حل تحلیلی مسائلی از رفتارهای حافظ شکلی و شبه الاستیک آلیاژهای حافظه¬دار، تحت کشش تک محوره و رفتار خمش شبه الاستیک تیرهای یکسر گیردار از جنس آلیاژهای حافظه دار پرداخته شده و در خلال این بررسی تحلیلی، مدل جدیدی برای حل این نوع مسائل با عنوان تئوری خطی سازی تنش ارائه گردیده است. در فصل پنجم از این تحقیق، تأثیر هندسه و جنس استنت بر عملکرد آن بررسی شده است. بدین منظور استنت های پالماز- اسچاتز و اس‎سون مدل سازی شده و عملکرد آنها در هنگام جاگذاری مورد مقایسه قرار گرفته است. همچنین در مدل سازی های انجام گرفته از دو نوع آلیاژ حافظه دار متداول در ساخت تجهیزات پزشکی بهره جسته ایم. نتایج ارائه شده در هر مورد شامل توزیع تنش بر روی استنت و رگ، تغییرات قطر خارجی استنت، خمش ایجاد شده در لبه¬های استنت و درصد کاهش طول استنت می¬باشد. همچنین با مقایسه مقدار تنش ایجاد شده بر روی رگ، تأثیر هندسه و جنس استنت بر گرفتگی مجدد پس از استنت گذاری مورد بررسی قرار گرفته است. بر اساس یافته¬های این تحقیق، از بین استنت های بررسی شده، احتمال گرفتگی مجدد پس از استفاده از استنت اس‎سون کمتر از بقیه مدل¬هاست. همچنین از بین مواد بررسی شده نیز، نمونه آلیاژ حافظه داری که حداکثر کرنش تغییر فازی بیشتری داشته باشد مناسب¬ترین ماده برای ساخت استنت می باشد. نتایج به دست آمده از این تحقیق، مطابقت خوبی با نتایج گزارش شده در کارهای تحقیقاتی مختلف نیز دارد

مخازن تحت فشار، محفظه¬های بسته¬ای هستند که برای نگهداری سیالات، تحت فشاری متفاوت از فشار محیط، به¬کار می¬روند. این مخازن به¬صورت گسترده¬ای¬ در صنایع گوناگون از جمله صنایع هسته¬ای، نفت و گاز، کاغذسازی، مواد غذایی، هوافضا، تولید برق و غیره مورد استفاده قرار می¬گیرند. هرچند که مخازن کروی بهترین مخازن برای تحمل فشار محسوب می¬شوند، اما به -دلیل دشواری ساخت آن¬ها، مخازن تحت فشار بیشتر به¬صورت استوانه¬ای با درپوش¬های انتهایی ساخته می¬شوند. مطالعه¬ی رفتار پوسته¬های استوانه¬ای دایروی جدار نازک و جدار ضخیم تحت بارگذاری¬های مختلف، از گذشته¬ی نه¬چندان دور مورد توجه محققان و دانش¬پژوهان بسیاری بوده است. آن¬ها همواره به دنبال اعمال تغییرات روی ضخامت، هندسه¬ی مقطع و ماده¬ی تشکیل¬دهنده¬ی این دسته از مخازن بوده و هستند تا بتوانند مقاومت آن¬ها را در برابر نیروهای وارده افزایش و در صورت امکان، وزن آن¬ها را کاهش دهند. یکی از این تغییرات، تغییر هندسه¬ی مقطع از دایره به بیضی بوده است. در این پایان¬نامه، هدف، تحلیل تنش¬ و کرنش الاستیک در مخازن استوانه¬ای جدار ضخیم بیضوی با دو انتهای باز و ساخته شده از ماده¬ی ایزوتروپ و الاستیک خطی، تحت تأثیر فشار داخلی یکنواخت است. در همین راستا، ابتدا معادلات ناویر حاکم بر مخازن استوانه¬ای مورد نظر، با فرض خطی¬بودن رابطه¬ی بین مولفه¬های کرنش و جابجایی و همچنین، با صرف¬نظر از نیروهای حجمی، در سیستم مختصات استوانه¬ای بیضوی توسعه داده شده¬اند. سپس، با استفاده از روش عددی dq و فرض عدم تغییر تنش و کرنش در راستای محوری، حل دو بعدی معادلات حاکم انجام شده و نتایج حاصل از آن، با نتایج حاصل از تحلیل اجزاء محدود سه بعدی مسئله که با استفاده از نرم¬افزار ansys صورت گرفته، مقایسه شده است. نتایج ارائه شده نشان می¬دهد که، پاسخ¬های به¬دست آمده از دو روش تطابق خوبی با هم دارند، اگرچه در روش dq نسبت به تحلیل اجزاء محدود، پاسخ¬ها با در نظر گرفتن تعداد تقسیمات بسیار کمتری همگرا شده¬اند. در ادامه، تأثیر خروج از مرکز بیضی¬های داخلی و خارجی مقطع بر توزیع تنش¬ها و جابجایی¬ها در پوسته¬های استوانه¬ای جدار ضخیم بیضوی با ضخامت جدار متغیر و ثابت، با استفاده از روش اجزاء محدود بررسی شده و مشاهده شده است که روند تغییر رفتار تنش¬ها و جابجایی¬ها با تغییر خروج از مرکز، برای هر دو حالت ضخامت جدار استوانه تقریباً مشابه است. البته، تنش¬ها و جابجایی¬های ایجاد شده در استوانه¬ی جدار ضخیم بیضوی با ضخامت جدار ثابت، اندکی بیشتر از مقادیر متناظر در همان استوانه با ضخامت جدار متغیر، تحت فشار داخلی و شرایط مرزی یکسان است.

پنل های ساندویچی، ساختار هایی سبک، سفت و بادوام هستند که ساختن آن ها در داخل قاب های تکمیل شده ی آماده و همچنین اجزای پیچیده آسان می باشد. این پنل ها بر اساس اهداف خاصی می توانند طراحی شوند، ولی اساس و مزیت اصلی تمام پنل های ساندویچی، سفتی و مقاومت بالا برای وزن کم می باشد. در حال حاضر رویه ی پنل های مورد استفاده در ماهواره های ساخت داخل ، از جنس آلومینیوم می باشد. با توجه به اینکه وزن ماهواره یک عامل اساسی در میزان مصرف انرژی بوده و همچنین ازدیاد وزن باعث ایجاد محدودیت در طراحی وکارکرد می شود، باید در حد ممکن میزان وزن را کاهش داد تا بتوان راندمان خوبی از سیستم عملکرد ماهواره بدست آید. هدف اصلی در انجام پژوهش حاضر، رسیدن به یک توانایی برای پیش بینی دقیق رفتار پنل های ساندویچی در برابر شرایط مختلف می باشد. در مرحله بعد هدف دیگری مد نظر بوده که عبارتست از جایگزینی پنل ساندویچی با پوسته کامپوزیتی پلیمری تقویت شده با الیاف کربن(cfrp) به جای پنل تمام آلومینیومی، به منظور رسیدن به نسبت استحکام به وزن بالاتر. در انجام پایان نامه حاضر، در ابتدا مطالعه ای پیرامون انواع ساختار پنل های ساندویچی، اجزای تشکیل دهنده و کاربرد این پنل ها صورت گرفته است. پس از ساخت نمونه ها و انجام آزمایش های مربوطه به-منظور دستیابی به توانایی پیش بینی رفتار پنل ها و همچنین جلوگیری از انجام آزمایش های هزینه بر، برای بررسی تغییر پارامترهای جدید، از نتایج شبیه سازی در نرم افزار abaqus و همچنین patran/nastran که نرم افزار اجزاء محدود تخصصی صنعت هوافضا می باشد نیز، استفاده شده است. با مقایسه نتایج بدست آمده از آزمایش های واقعی و مدل سازی، در نهایت به یک جمع بندی مناسب جهت پیش بینی رفتار پنل های ساندویچی رسیده و همچنین پنل با رویه کامپوزیتی مذکور نیز ساخته شده که در بیشتر آزمایش های انجام شده دارای نسبت استحکام به وزن بیشتر در مقایسه با پنل با رویه آلومینیومی می باشد.

ورق ها اجزاء سازه ای مستقیم و مسطح و دوبعدی ای هستند که نه تنها به عنوان اجزاء سازه ای استفاده می شوند، بلکه می توانند کل سازه را شکل دهند مانند پل های صفحه ای بتنی. بیشتر سازه های ورقی با اعمال معادلات حاکم بر تئوری الاستیسیته تحلیل می شوند. تحلیل تنش دقیق یک ورق به حل معادلات دیفرانسیلی الاستیسیته سه بعدی نیاز دارد اگرچه تئوری کلاسیک کیرشهف برای ورق های نازک نتایج دقیقی را بدون نیاز به تحلیل تنش سه بعدی به دست می دهد. در این پایان نامه به تحلیل ورق های مدرج تابعی پادهمسانگرد پرداخته می شود. مواد مدرج تابعی با تغییرات درجه بندی شده پیوسته کسر حجمی مواد تشکیل دهنده، ساخته می شوند که منجر به خواص ماده پیوسته مواد مدرج تابعی می شود که فرق اساسی بین چنین ماده ای و نمونه مرکب معمول آن است. تغییرات ملایم خواص درون مواد مدرج تابعی باعث کاهش تمرکز تنش و بهبود توزیع تنش پسماند در مقایسه با مواد مرکب لایه ای مرسوم می شود. امروزه مواد مدرج تابعی به طور گسترده در کاربردهای مهندسی مختلف مانند الکترونیک، اپتیک، بیوپزشکی و هوافضا مورد استفاده قرار می گیرند. بنابراین، تحلیل شکست و آسیب مواد مدرج تابعی تحت بارگذاری های شدید گرمایی و مکانیکی اهمیت بسیار دارد. از دیگر مباحثی که در این پایان نامه به آن پرداخته می شود، پادهمسانگردی است. تغییر شکل بسیاری از مواد وابسته به جهت آن ها می باشد که واژه پادهمسانگردی برای توصیف چنین رفتاری مورد استفاده قرار می گیرد. این پایان نامه حل الاستیسیته سه بعدی را برای معادلات تعادل یک ماده الاستیک خطی ناهمگن پادهمسانگرد ارائه می کند. فرض می شود که ماده دارای ضریب پواسون ثابت بوده و مدول های یانگ و برشی با شکل تابعی یکسان و وابسته به آن مختصه که عمود بر ورق می باشد، بیان می شود. روابط الاستیسیته حاکم بر مسئله را نوشته و با بازنویسی آن ها بر اساس توابع جابجایی، معادلات حاکم بر مسئله به دست می آید. سپس با استفاده از نسخه جدیدی از روش تربیع دیفرانسیلی، معادلات به دست آمده حل می شود. در مقایسه با روش های مرسوم تفاضل محدود مرتبه پایین و المان محدود، روش تربیع دیفرانسیلی می تواند نتایج عددی بسیار دقیقی با استفاده از نقاط گره ای بسیار کم به دست آورد و بنابراین به تلاش های محاسباتی به نسبت کمتری نیاز دارد. بعد از حل معادلات و مشخص شدن جابجایی ها و تنش ها، به جهت معتبر سازی روش پیشنهادی، جواب به دست آمده با مدل المان محدود مقایسه می شود که در این راه از نرم افزار انسیس کمک گرفته شده است.

استفاده از پانل های ساندویچی کامپوزیتی در ساخت شناورهای تندرو در سال های اخیر افزایش چشمگیری داشته است. مزیت اصلی استفاده از این نوع سازه ها نسبت استحکام به وزن بالای آن ها در برابر انواع بارهای جانبی می باشد و چون یکی از اهداف طراحان بایستی کاستن وزن سازه ای ضمن حفظ استحکام مورد نیاز به منظور افزایش سرعت شناور باشد، به این دلیل از این نوع سازه ها در ساخت شناورهای تندرو استفاده می شود. ساختار این سازه بدین ترتیب است که یک هسته با چگالی کم در وسط قرار می گیرد و در دو طرف آن دو پوسته نازک با سفتی بالا توسط چسب متصل می شود، به طوری که ضخامت این پوسته ها در مقایسه با ضخامت هسته بسیار کمتر است. این پروژه به منظور ارائه نتایج مربوط به نحوه طراحی لایه های پانل ساندویچی در یک شناور تندرو با استفاده از آیین نامه dnv و اجزا محدود تحت بارهای هیدرودینامیکی تعریف و اجرا شده است. نتایجی که در پایان به آن دست خواهیم یافت به صورت ماکزیمم تنش و جابجایی در لایه ها و مقایسه نتایج با حداکثر مقدار مجاز در نظر گرفته شده طبق آیین نامه خواهد بود، در ادامه نیز به بررسی نقش هسته ها در پانل های ساندویچی و همچنین تاثیر لایه گذاری در زوایای مختلف خواهیم پرداخت. بدنه شناور با استفاده از یک مدل سه بعدی در نرم افزار solid works طراحی شد و همچنین جانمایی عمومی شناور با توجه به نمونه های واقعی و مشابه انجام شد. بارگذاری های اعمال شده بر روی شناور به صورت استاتیکی و طبق استاندارد dnv انجام شد. در تمام این پروژه تلاش شد با حداکثر دقت ممکن شبیه سازی رفتار سازه ای شناور تحت بررسی انجام شود تا بتوان به صحت نتایج اطمینان داشت. با این وجود بعضی از شرایط غیر قابل مدلسازی در ساخت چنین سازه ای وجود دارد که به خطاهای محاسباتی و تحلیل سازه می افزایند. برای پوشش دادن به خطاهای احتمالی سعی شده است مدل ساخته شده در شرایط بدتر و بحرانی تر نسبت به مدل واقعی در نظر گرفته شود.

مخازن جدارنازک تحت فشار خارجی از مهم ترین سازه های مورد استفاده در صنایع مختلف هستند. اصلی ترین عامل تخریب این سازه ها پدیده ی کمانش است. در بین انواع مختلف کمانش ممکن در ارتباط با این سازه ها، کمانش نامتقارن حالت مطلوب فروپاشی است. در پژوهش حاضر به بهینه سازی ابعادی مخازن جدارنازک تحت فشار خارجی برای نیل به کمینه وزن سازه و اجتناب از کمانش نامتقارن پرداخته شده است. از جمله نتایج این پژوهش می توان به ارائه ی معیاری برای تعیین الاستیک یا پلاستیک بودن کمانش، تعیین دقت روابط مورد استفاده به منظور پیش بینی فشار کمانش در مقایسه با نتایج تجربی و ارائه ی روش ساده بهینه سازی مخازن جدارنازک استوانه ای با شعاع معلوم اشاره نمود.

در این پایان نامه به تحلیل کمانشی ستون یک سکوی نیمه شناور، تحت تأثیر نیروی وزنی و عرضی به روش المان محدود پرداخته شده است. به دلیل پیچیدگی هندسی ستون سکوی مورد نظر، با ساده سازی آن به شکل پوسته استوانه ای جدار نازک تقویت شده با تقویت کننده محیطی و تقویت کننده طولی، به تحلیل کمانشی آن پرداخته شده است. معادلات حاکم برکمانش این پوسته های استوانه ای جدار نازک تقویت شده با تقویت کننده محیطی و تقویت کننده طولی، از جنس معادلات پایداری خطی سازی شده دانل می باشد. برای نسبتهای مختلف ابعادی از این پوسته ها اعم از نسبت طول به شعاع و ضخامت به شعاع پوسته، تأثیر نسبت نیروی محوری به فشار جانبی بر روی مقدار نیروی کمانش مورد بررسی قرار گرفت و مقایسه ای از نتایج حاصل از حل تحلیلی و حل به روش المان محدود ارائه شده است. مقایسه نتایج حاصل از حل تحلیلی و حل المان محدود نشان دهنده کارایی معادلات پایداری دانل در محدودهای از نسبتهای ابعادی میباشد. همچنین نتایج نشان می دهد که با افزایش نسبت نیروی محوری به فشار جانبی مقدار نیروی کمانش ناشی از فشار جانبی و نیروی محوری به ترتیب کاهش و افزایش می یابد که گویای اهمیت فشار جانبی در مقابل نیروی محوری می باشد. از طرفی استفاده از تقویت کننده های طولی و عرضی در پوسته استوانهای باعث ایجاد خواص اورتوتروپیک می شود. لذا معادلات پایداری فلوگه نیز برای یک پوسته استوانه ای جدار نازک اورتوتروپیک بدست آمد و با استفاده از آن به بررسی محدوده کمانش یک پوسته استوانه ای جدار نازک اورتوتروپیک تحت اثر ترکیب فشار جانبی و نیروی محوری پرداخته شد. نتایج حاصل از این بررسی در قالب نموداری ارائه شد که محدوده پایداری و ناپایداری را به ازای نیروهای وارده نشان می دهد. هندسه ستون سکوی مورد نظر دارای پیچیدگی هایی است و به همین دلیل نمی توان از معادلات پایداری بدست آمده، برای تحلیل کمانشی ستون استفاده کرد. بنابراین برای تحلیل کمانشی ستون سکوی مورد نظر، تنها از حل المان محدود به وسیله نرم افزار ansys استفاده و نتایج حاصل از آن ارائه شد. پس از انجام ساده سازی هایی در هندسه ستون، نیروهای محیطی اعم از نیروی باد، نیروی حاصل از فشار آب دریا بر روی ستون و نیز نیروی وزن عرشه سکو محاسبه شده اند. در مدلسازی ستون سکو به وسیله نرم افزار ansys ، از این نیروها به عنوان نیروهای اعمالی به ستون استفاده شد. مقادیر ویژه کمانش به عنوان نتیجه حل کمانشی ستون به روش المان محدود ارائه شده است. مود کمانشی اول به عنوان مهم ترین مود کمانشی مد نظر می باشد؛ بنابراین توزیع جابجایی، تنش و چرخش در مود اول کمانش ستون، نیز ارائه شد. پس از بررسی استانداردهای دریایی موجود در مبحث کمانش، استاندارد دریایی dnv برای بررسی کمانشی سازه، مورد ارزیابی قرار گرفت. با استفاده از قوانین این استاندارد، پایداری یک پوسته استوانه ای جدار نازک تقویت شده با تقویت کننده محیطی و تقویت کننده طولی بررسی شد. برای این کار از مشخصات پوسته هایی استفاده شد که رفتار کمانشی آنها با استفاده از معادلات پایداری دانلی بررسی شده بود. با در نظر گرفتن این پوسته ها تحت اثر نسبت های مختلف نیروی محوری به نیروی جانبی، ضخامتی که پوسته استوانه ای در آن پایدار محسوب میشود، مورد ارزیابی قرار گرفت و نتایج حاصل از بررسی تأثیر نسبتهای مختلف نیروی محوری به نیروی جانبی بر روی مقدار افزایش ضخامت پوسته برای رسیدن به حالت پایدار ارائه شد.

کامپوزیت ها در دو دهه اخیر کاربرد گسترده ای در صنایع مختلف همچون کشتی سازی و هوافضا پیدا کرده اند. این مواد از ترکیب دو یا چند ماده در مقیاس ماکروسکوپی جهت به دست آوردن خواص مورد نظر به دست می آیند. این مواد به علت سبکی، مقاومت در برابر عوامل شیمیایی، مقاومت بالا به خستگی مورد استقبال زیادی قرار گرفته اند. از طرفی پیچش مقید وارد به تیر بدنه کشتی و تیرهای جدار نازک می تواند سبب ایجاد جابه جایی طولی، جابه جایی زاویه ای و گسترش تنش طولی در سازه شود. بنابراین تحلیل پیچش مقید برای تعیین استحکام سازه ای ضروری می باشد. بنابراین در این پروژه به مطالعه و تحقیق در مورد رفتار پیچشی تیر بدنه کشتی ساخته شده از مواد کامپوزیتی و ایزوتروپ پرداخته شد. همچنین از آنجایی که سازه کشتی شامل تیرهای جدار نازک می باشد، رفتار پیچشی چهار تیر جدار نازک رایج در بدنه کشتی مورد مطالعه قرار گرفت. روش های تحلیلی مختلفی در این تحقیق به کار گرفته شد. روش اول استفاده از ثوابت مهندسی موثر برای تیرهای کامپوزیتی است. فایده این روش امکان استفاده مستقیم از روابط و معادلات حاکم بر پیچش تیرهای جدار نازک ایزوتروپ خواهد بود. روش تحلیلی دوم، روش انرژی می باشد. نتایج حاصل از این روش برای دو فرض جداگانه صفر بودن تنش محیطی و یا صفر بودن کرنش محیطی استخراج شد. همچنین از روش عددی المان محدود، برای حل معادلات حاکم بر پیچش تیرهای کامپوزیتی استفاده گردیده است. برای حل به روش المان محدود ابتدا مدل المان ماکرو برای تیر بدنه کشتی ارائه خواهد شد. در نهایت تیرهای مورد تحقیق، در نرم افزار انسیس شبیه سازی شدند. شبیه سازی در نرم افزار انسیس به دو صورت انجام گرفت. در مدل سازی اول، از قیدهای پیچشی در مقاطع مختلف تیر استفاده شد. این قیود در واقع باعث می شوند که زوایای پیچش نقاط واقع بر یک مقطع از تیر با هم برابر باشند. مدل دوم بدون اعمال این قیود می باشد. در پایان نتایج حاصل از روش های تحلیلی، روش المان محدود و نتایج استخراج شده از نرم افزار انسیس با یکدیگر مقایسه شدند.

به دلیل افزایش تقاضای حمل و نقل به شکل کانتینر به جای حمل فله ا ی بارها، تعداد و ابعاد کشتی های کانتینربر ساخته شده در سال های اخیر افزایش یافته است. این نوع کشتی ها به دلیل دارا بودن بازشوهای بزرگ در عرشه دارای مقاومت پیچشی کمی هستند و بیشتر از سایر کشتی ها در معرض آسیب دیدگی در اثر بارگذاری پیچشی قرار دارند. به طوری که بازشوهای انبارهای این نوع کشتی ها در اثر بارگذاری پیچشی و وجود تمرکز تنش تابیدگی دچار اعوجاج می شوند. لذا یکی از مواردی که در بحث استحکام طولی کشتی ها باید مد نظر قرار گیرد محاسبه و تحلیل تنش ها و کرنش های بوجود آمده در اثر بارگذاری پیچشی می باشد. در این پژوهش ابتدا تئوری پیچش تیر های جدار نازک و ارائه روابط مربوط به آن استحکام پیچشی بخش میانی از تیر بدنه یک کشتی کانتیربر بر اساس معادل قرار دادن آن با یک تیر جدار نازک و استفاده از تئوری پیچشی تیرهای جدار نازک بیان شده است. و با توجه به اهمیت روابط استاندارد و جایگاه موسسات رده بندی در صنعت دریایی محاسبات مربوط به بارهای اعمالی به بدنه شناور و مقدار و نحوه توزیع ممان پیچشی در طول شناور از طریق روابط و الزامات استاندارد دریایی bv انجام شده است. مدل مورد بررسی یک کشتی کانتیربر ساخته شده و بر اساس اطلاعات دقیق و صنعتی می باشد. جهت انجام محاسبات و بدست آوردن نتایج شامل مقدار جابجایی ها و توزیع تنش های ناشی از پیچش به روی مقطع عرضی در شرایط بارگذاری تعریف شده بر اساس استاندارد از نرم افزار مارس استفاده شده است. زیرا به دلیل تخصصی بودن و پیش فرض هایی که در آن وجود دارد روند انجام مدل سازی را راحت تر و در زمان کمتری امکان پذیر می کند. تحمل بارگذاری های مختلف معیار تعیین اندازه المان های سازه ای بدنه کشتی می باشد، تاثیر سه پارامتر سازه ای شامل: تاثیر ضخامت ورق ها، وجود سلول پیچشی و تاثیر ضخامت آن، تعداد دیواره های عرضی بر رفتار پیچشی شناور با اعمال تغییراتی در مدل اصلی بررسی شده است. بر اساس نتایج بدست آمده افزایش ضخامت ورق موجب کاهش مقدار تنش های برشی می شود اما تاثیر چندانی بر تنش ها ناشی از پیچش و تابیدگی ندارد. لذا به منظور کاهش تمرکز تنش در گوشه بازشو انبارها می توان با استفاده از سلول پیچشی در این بخش سازه را تقویت نمود. دیواره های عرضی نیز تاثیر بسزایی در کاهش جابجایی های ناشی از پیچش دارند اما به دلیل وزن زیاد و سایر محدودیت ها نمی توان تعداد زیادی از آنها را مورد استفاده قرار داد.